Постепенное расширение трубы

Местное сопротивление, при котором труба постепенно расширяется, называется диффузором. Течение жидкости в диффузоре сопровождается уменьшением скорости при увеличении давления, происходит преобразование кинетической энергии жидкости в энергию давления. Увеличение давления особенно сказывается у стенки, где скорость меньше, чем в центральной части, скорость в пристенном слое уменьшается и может стать противоположной направлению главного течения.

Рис. 6. Постепенное расширение трубы(диффузор).

Изменение коэффициента диффузора φд=f(α) от угла его раскрытия в таблице

Частицы движущейся жидкости преодолевают нарастающее давление за счет потери кинетической энергии. Определение потерь для диффузора основано на теореме Борда, в формулу вводится коэффициент диффузора – φд, уменьшающий потери в сравнении с внезапным расширением

,

где φд - коэффициент диффузора.   

Определяем потери и коэффициент сопротивления относительно скорости V₁ в узком сечении S_1.

где коэффициент потерь диффузора,

φд – коэффициент смягчения или коэффициент диффузора, который можно принимать по таблице, в задачах его значение обычно задается.

Функция φ_д =f(α)   имеет минимум при угле α = 6º φ_д =0,2, для угла α = 10º φ_д =0,23-0,25.

В диффузоре уменьшаются потери, возникающие при внезапном расширении:

а) при 0<α<8-10º на всем протяжении диффузора наблюдается безотрывное движение жидкости;

б) при 8-10º <α<50-60º начинается отрыв транзитной струи, который увеличивается, точка отрыва перемещается к меньшему сечению трубы;

в) при α > 60-70 сопротивления может стать больше, чем при внезапном расширении.

При необходимости перехода на угол α > 15 ÷ 25° применяют специальный диффузор, обеспечивающий постоянный градиент давления вдоль продольной оси dp/dx = const и равномерное нарастание давления (рис.7а). Поток в криволинейном диффузоре отличается большей устойчивостью, в нем меньше тенденций к отрыву вихрей и потока.

Прямоугольные диффузоры (рис.7б) с расширением в одной плоскости имеют оптимальный угол около 10 ÷ 12.

Рис.7. Диффузор с постоянным градиентом(а) и ступенчатый диффузор(б).

Применяют также ступенчатые диффузоры, состоящие из обычных диффузоров с оптимальным углом и следующего за ним внезапного расширения (рис.7б).

 Для длинных конусов следует учитывать потери по длине.